流体机械原理：03第二章 泵与风机的性能

1.功率、损失与效率第2章泵与风机的性能2.泵与风机的性能曲线性能参数离心式泵与风机和轴流式泵与风机后弯式叶轮和前弯式叶轮3.性能曲线的测试方法单位时间内通过泵或风机的流体所获得的功率，用Pe表示，单位为kW。（输出功率）有效功率：液体的容重N/m3

流量m3/s扬程m压头N/m2Pa泵风机1.功率、损失与效率功率效率（总效率）:表示泵与风机的有效功率与轴功率之比，反应损失的大小和输入的轴功率被有效利用的程度；（转换效率，效率高，转换损失小）轴功率：泵与风机在一定工况下运行时，原动机传递到泵或风机转轴上的功率，用P表示，单位为kW。（输入功率）1.功率、损失与效率功率原动机功率Pg：传动方式传动效率电动机直联传动1.00联轴器直联传动0.98三角皮带传动（滚动轴承）0.951.功率、损失与效率功率指原动机的输出功率，kW。传动效率原动机的输入功率Pg,in

：1.功率、损失与效率功率原动机效率原动机功率选择：电动机的容量富裕系数电动机功率kWK0.5以下1.5>0.5~11.4>1~21.3>2~51.2>51.15>501.08损失与效率：1）机械损失∆Pm与叶轮转动相关，而与输送流体量无直接关系的损失；1.功率、损失与效率损失与效率2）容积损失∆PV

经过叶轮而与流体泄漏量相关的损失；3）流动损失∆Ph

经过叶轮与输送流体量直接相关的损失。P-∆Pm-∆PV-∆Ph=Pe

机械损失：与叶轮转动相关，机械运动过程中克服摩擦所造成的能量损失。机械效率：1.功率、损失与效率机械损失与机械效率机械损失功率轴功率去掉机械损失功率的剩余功率，用于对通过叶轮的流体做功输入流动功率∆P=（0.01~0.03）P（1）轴与轴承及轴与轴端密封的摩擦损失∆P机械损失功率：1.功率、损失与效率机械损失功率（2）叶轮圆盘摩擦损失∆Pdf

叶轮前后盖板外表面与在泵或风机壳体内局部区域做循环运动的流体之间的摩擦损失，约为轴功率的2%~10%。K-圆盘摩擦系数，试验求得，与雷诺数、相对侧壁间隙B/D2，圆盘外侧面机外壳内侧面粗糙度有关；D2-叶轮出口直径；u2-叶轮出口圆周速度；B-侧壁间隙；1.功率、损失与效率机械损失功率叶轮圆盘摩擦损失：减少叶轮圆盘摩擦损失的方法：1.采用合理的结构办法1：提高能头，宜采用多级叶轮，而非增大叶轮直径；2.保持叶轮及泵体内侧表面的光洁u2→3次方D2→5次方1.功率、损失与效率机械损失功率办法2：提高单级扬程，首先提高转速；办法3：产生相同的扬程，提高转速的同时，叶轮外径可以相应减小，损失可能不增加。叶轮转动时，间隙两侧产生压力差，使部分由叶轮获得能量的流体从高压侧通过间隙向低压侧泄露。1.功率、损失与效率容积损失（泄露损失）:容积损失与容积效率（1）叶轮入口与外壳密封环之间间隙中的泄露；（2）平衡轴向力装置的间隙中泄露；（3）轴端密封间隙中的泄露；（4）多级泵级间间隙中的泄露。1.功率、损失与效率泵与风机常见的泄露方式：容积损失与容积效率方式1：叶轮入口与外壳密封环之间间隙中的泄露1.功率、损失与效率容积损失与容积效率容积损失计算公式：方式2：平衡轴向力装置的间隙中泄露容积损失计算公式：1.功率、损失与效率容积损失与效率方式3：轴端密封间隙中的泄露（轴封损失）1.功率、损失与效率容积损失与容积效率方式4：多级泵级间间隙中的泄露（圆盘摩擦损失）1.功率、损失与效率容积损失与容积效率总容积损失：容积效率：1.功率、损失与效率容积损失与容积效率

泵与风机的泄漏量一般为其理论流量的4%-10%（1）维持动、静部件间最佳的间隙；1.功率、损失与效率容积损失与容积效率减少泄漏量的办法：（2）增大间隙中的流动阻力：当径向间隙与叶轮直径的比值从0.5%减少到0.05%时，可使泵与风机效率提高3%～4%；一般情况下间隙取值:(1/200～1/100)倍叶轮直径。A）增加密封的轴向长度，可增大间隙内的沿程流动阻力；B）在间隙入口和出口采取节流措施，可增大流体间隙流动的局部阻力；C）采用不同形式的密封环，可引起间隙流动阻力的改变。常用叶轮密封环型式：1.功率、损失与效率容积损失与容积效率平环式单齿迷宫式多齿迷宫式锯齿式螺旋槽式流动损失:

流体在泵与风机主流道（包括入口、叶轮、导叶、出口）中流动时，由于流动阻力而产生的机械能损失。（1）流体和各部分流道壁面摩擦所产生的摩擦阻力损失；1.功率、损失与效率流动损失与流动效率流动损失的分类：（2）流道断面变化、转弯等会使边界层分离、产生漩涡二次流和尾迹等而引起的涡流损失；（3）由于工况改变，流量偏离设计流量时，叶轮入口流动角与叶片安装角不一致所引起的冲击损失。（1）摩擦阻力损失：摩擦损失系数流道长度流道断面水力半径流速流道形状复杂，摩擦阻力损失归并为以下简单公式：1.功率、损失与效率流动损失与流动效率（2）涡流损失：摩擦阻力损失与涡流损失之和：1.功率、损失与效率流动损失与流动效率（3）冲击损失：1.功率、损失与效率流动损失与流动效率非设计工况下工作时，流体相对速度不是沿叶片切线流入，流体的入口流动角β1不等于叶片入口安装角βa，相对速度方向与叶片进口切线方向之间的夹角α（冲角）为正或负，旋涡发生在叶片吸力面或压力面，从而产生冲击损失；冲击损失：qv<qvd时，β1<β1a，α=β1a-β1>0为正冲角，漩涡发生；1.功率、损失与效率流动损失与流动效率qv>qvd时，β1>β1a，α=β1a-β1<0为负冲角，漩涡发生.泵与风机的流动损失：流动效率：1.功率、损失与效率流动损失与流动效率流动损失功率，kW提高流动效率，降低流动损失的措施：（1）选用高效的叶轮及设计合理的流道形状；1.功率、损失与效率流动损失与流动效率（2）严格制造工艺和检验精度，提高制造、安装、检修质量；（3）保证叶轮及流道表面的粗糙度最低，尽可能减少摩擦阻力损失；（4）严格控制在合理的流量范围内工作，以避免过大的冲击损失。1.功率、损失与效率总效率（全压效率）

离心泵0.60~0.90；离心风机0.70~0.90;轴流泵0.70~0.89；大型轴流风机>0.90。2.泵与风机的性能曲线：反应性能参数间变化关系的曲线。H=f1（qV）,p=f1’（qV）;

P=f2（qV）;η=f3（qV

）;NPSH=f4（qV)泵与风机的性能曲线：典型的性能曲线：通常是指在一定的转速下，以流量为基本变量，其他各参数随流量改变而变化的曲线。直线方程理想状态下，HT∞随着qVT呈直线关系变化，且直线的斜率由β2a

决定。2.1离心式泵与风机性能曲线流量与扬程性能曲线（qV-H）(1)2a<90°(后弯式叶片)2.1离心式泵与风机性能曲线流量与扬程性能曲线（qV-H）(2)2a=90°(径向式叶片)(3)2a＞90°(前弯式叶片)

ctg2a>0，B为正值，qVT

增加，HT逐渐减小。ctg2a=0，B=0，HT=A=u22/g，平行于横坐标的直线。ctg2a<0，B为负值，qVT

增加，HT随之增加。非理想状态下（有限叶片数、流体黏性），需要进行性能曲线的修正：2.1离心式泵与风机性能曲线流量与扬程性能曲线（修正）（1）

有限叶片数的影响（2）

各种损失的影响摩擦及涡流损失冲击损失容积损失流动损失2.1离心式泵与风机性能曲线流量与扬程性能曲线（修正）（1）

有限叶片数的影响（2）

各种损失的影响b-b摩擦及涡流损失:c-c冲击损失:d-d容积损失:e-e流量与功率性能曲线（qV-P）抛物线方程2.1离心式泵与风机性能曲线流动功率：轴功率去掉机械损失功率的剩余功率，用于对通过叶轮的流体做功输入流动功率轴功率：流量与功率性能曲线（qV-P）2.1离心式泵与风机性能曲线qVT-Ph性能曲线(1)2a<90°（后弯式叶片）存在过载烧毁电机的可能性，而后向几乎不会发生超载现象。(2)2a=90°(径向式叶片)(3)2a＞90°(前弯式叶片)

ctg2a>0，B’为正值ctg2a=0，B’=0，通过原点上升的直线ctg2a<0，B’为负值h流量与功率性能曲线（qV-P）2.1离心式泵与风机性能曲线实际流量qv与轴功率P之间的关系曲线空载工况阀门全关时，qv＝0、H＝H0、P＝P0，该工况为空转状态。空载功率主要消耗在机械损失上（还有容积损失）。∆P=（0.01~0.03）P在空转状态时，轴功率最小，一般为设计轴功率的30％左右，离心式的泵与风机要在阀门全关的状态下启动，运转正常后开大出口管路调节阀。空载条件下启动：流量与功率性能曲线（qV-P）2.1离心式泵与风机性能曲线避免启动电流过大原动机过载给水泵和凝结水泵？不能空载启动，饱和，温度流量与效率性能曲线（qV-η）2.1离心式泵与风机性能曲线qv=0,η=0H=0,η=0qv-Hqvqv-Pqv

-η2.1离心式泵与风机性能曲线设计工况点(最佳工况点)工况点：最佳工况点：经济工作区：在给定的流量下，均有一个与之对应的扬程H或全压p，功率P及效率η值的一组参数。最高效率max所对应的工况点。最佳工况点附近的区域（不低于最高效率的0.85~0.9）。2.1离心式泵与风机性能曲线多级离心给水泵性能曲线a：陡降型：流量变动很小时，扬程变化很大，适用于扬程变化大而流量变化小的情况，如取水水位变化较大的循环水泵；后弯式叶轮qV-H性能曲线的三种基本形状:2.1离心式泵与风机性能曲线性能曲线分析b：平坦型：流量变化很大时，扬程变化很小，适用于流量变化大而要求扬程变化小的情况，如给水泵;c：驼峰型：其扬程随流量的变化是先增加后减小，在k点左边为不稳定工作段。泵与风机的管路特性前弯式叶轮后弯式叶轮PPPPqVqV前弯式叶轮特点:2.1离心式泵与风机性能曲线性能曲线分析a：随流量增加，功率急剧上升，原动机易超载。容量富裕系数K应取较大值。b：性能曲线扣除轴向涡流及损失扬程后，得到的实际qv-H性能曲线具有较宽不稳定工作段的驼峰形曲线。c：效率远低于后弯式。qv-H性能曲线，在小流量区域内出现驼峰形状。2.2轴流式泵与风机性能曲线轴流式泵与风机性能曲线特点:轴功率P在空转状态(qv

＝0)时最大，随流量的增加随之减小。2.2轴流式泵与风机性能曲线轴流式泵与风机性能曲线特点:（1）阀门全开状态下启动。启动特点：（2）可调叶片的轴流式泵与风机，叶片安装角小时，轴功率也较小，应在小安装角时启动。高效区窄：2.2轴流式泵与风机性能曲线轴流式泵与风机性能曲线特点:采用可调叶片，则可使在很大的流量变化范围内保持高效率。离心式、混流式及轴式泵与风机性能曲线的比较

离心式Vs轴流式H-qV性能曲线:PPqV2.2轴流式泵与风机性能曲线轴流式离心式离心式的H-qV

曲线比较平坦，适用于流量变化时要求能头变化不大的场合；轴流式的H-qV曲线比较陡，宜用于当能头变化大时要求流量变化不大的场合。离心式、混流式及轴式泵与风机性能曲线的比较

离心式V